《金属加工基础（彩色版）（第二版）》 课件 第五章 机械加工工艺基础

§5-3典型零件加工31§5-1生产过程的基础知识

2§5-2表面加工§5-1生产过程的基础知识课堂讨论参观生产车间，观察是按照怎样的流程对毛坯各个表面进行顺序加工而使之成为零件的。观察典型机械零件，如齿轮、轴、盘套等，分析其外形和结构特点，查询其功用，想一想制作它们需要经过哪些环节。一、生产过程和工艺过程

将原材料转变为成品的全过程称为生产过程。生产过程错综复杂，不仅包括直接作用于生产对象上的工作，还包括生产准备工作和生产辅助工作。1.生产过程2．工艺过程

工艺过程：在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺过程包括若干道工序，每个工序又分为若干安装、工位、工步、走刀（1）工序工序是指一个或一组工人，在一个工作地点对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地点是否改变和加工是否连续完成。（2）安装定位：工件在加工前，确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。夹紧：工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。装夹：将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。安装：工件装卸一次所完成的那部分工作。（3）工位在一次安装中，工件在机床或夹具占据的每个加工位置上所完成的那一步工艺过程称为工位（4）工步工步：在一个工序中，加工表面、刀具、转速和进给量都不变时所完成的那部分工作称为工步。划分工步的依据是加工表面和加工工具是否变化。

加工右图需要九个工步：车端面A、车φ30mm外圆、车φ14h7外圆、车端面B、车槽φ13mm×1mm、倒角C1mm、切断、车端面C、倒角C1.5mm（5）走刀在一个工步中，若所需切去的金属层很厚，可分几次切削，每一次切削称为一次走刀。

生产过程和工艺过程之间是包容关系，如图5-1-4所示3.生产过程和工艺过程的关系二、生产纲领和生产类型1.生产纲领

零件的生产纲领主要是指包括备品与废品在内的年产量。它根据市场需求量与本企业的生产能力来确定2.生产类型

生产类型是指企业生产专业化程度的分类。根据生产纲领的不同和产品的大小，机械制造生产一般分为单件生产、批量生产和大量生产三种类型。（1）单件生产

单件生产的基本特点是：产品品种繁多而数量极少，甚至只有一件或少数几件，且很少重复生产。（2）批量生产

批量生产的基本特点是：产品品种较多，每一种产品均有一定的数量，且各种产品是周期性重复生产。（3）大量生产

大量生产的基本特点是：产品品种较少而数量很多，大多数工作地点长期重复地进行某一道工序的加工。三、机械加工工艺规程1.机械加工工艺规程简介

机械加工工艺规程是指规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。常用的是机械加工工艺卡和机械加工工序卡。2.识读机械加工工艺规程

（1）识读机械加工工艺卡

机械加工工艺卡一般在批量生产中应用，主要用于指导工人进行生产。

机械加工工艺卡是以工序为单位，简要说明零件加工过程的工艺文件，主要用于生产管理，作为生产准备、编制生产计划和组织生产的依据。

1）识读表头。表头反映产品的信息及所加工零件的基本信息。

2）识读毛坯信息。材料为40Cr，零件的直径相差较大，该齿轮主要用于传递运动和动力，对力学性能要求较高，所以采用锻件毛坯。

3）识读加工工艺过程。整个工艺过程共有12道工序，各工序的加工内容简明扼要。

4）各表面加工方案。

5）设备和工艺装备。各工序所使用的设备、工艺装备均为通用机床、通用工量具。6）工时定额。一般根据各工序余量和工序加工精度要求具体确定工时定额。（2）识读机械加工工序卡

机械加工工序卡是针对机械加工工艺卡中的某一道工序制定的。卡片上要画出工序简图，并注明该工序每一道工步的内容、工艺参数、操作要求以及工艺装备等。一般在大量生产和批量生产中应用，主要用于指导工人进行生产。

1）识读表头。该卡片是表5-1-4所列传动齿轮第5道工序（车：半精车、精车齿顶圆、内孔和其余表面）的机械加工工序卡，反映的是机加工车间的精加工工序内容。

2）识读工序简图。工序简图是岗位工人的加工依据，它明确了本工序的主要任务和要求，并能指导岗位工人合理选用定位基准。

3）识读工步内容。该工序的详细加工内容为：车右端面至平整，镗内孔至尺寸要求；车φ227.5mm外圆至尺寸要求；车φ110mm外圆至尺寸要求；车φ227.5mm左端面至尺寸要求；车φ110mm左端面至尺寸要求。

4）识读设备和工艺装备。在CA6140型卧式车床上采用外圆车刀、端面车刀、镗刀等刀具和各种工量具加工、检测该工序所述内容。

5）识读工艺参数。一般包括工艺装备（夹具、量具、刀具等）、切削用量和工步工时等内容。§5-2表面加工课堂讨论

观察具有外圆面（圆柱面）的典型零件与具有内圆面（孔）的典型零件，讨论用哪些机床可以加工出这些零件。§5-2表面加工一、表面加工方法的选择原则

（1）首先根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及分几次加工。（2）考虑被加工材料的性质。（3）根据生产类型，考虑生产率和经济性等问题。（4）根据本企业（或本车间）现有设备情况和技术水平，充分利用现有设备，挖掘企业潜力。选择表面加工方法应从以下几个方面加以考虑二、加工阶段的划分

一般分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。1.各加工阶段的主要任务

（1）粗加工阶段：切除工件各加工表面的大部分加工余量。粗加工阶段的主要任务是提高生产率。

（2）半精加工阶段：达到一定的精度要求，完成次要表面的最终加工，并为主要表面的精加工做好准备。

（3）精加工阶段：完成各主要表面的最终加工，使零件的尺寸精度和表面质量达到图样规定的要求。（1）有利于消除或减小变形对尺寸精度的影响。（2）有利于尽早发现毛坯缺陷。（3）有利于合理选择和使用设备。（4）有利于合理组织生产和进行工艺布置。2.划分加工阶段的意义三、外圆面加工（1）外圆面的车削外圆面的车削主要分为粗车、半精车、精车和精细车四个阶段。1.外圆面的常用加工方法1）粗车。零件的所有表面首先选用粗车加工，为半精车和精车做准备。粗车的尺寸精度等级一般为IT13～IT11，表面粗糙度值可达Ra50～12.5μm。2）半精车。半精车尺寸精度等级为IT10～IT9，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm，用于磨削加工和精加工的预加工，或中等精度表面的终加工。3）精车。精车尺寸精度等级为IT7～IT6，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm，用于较高精度外圆的终加工或作为光整加工的预加工。4）精细车。精细车尺寸精度等级为IT5以上，表面粗糙度值可达Ra0.4～0.025μm，主要用于高精度、小型且不宜磨削的有色金属零件的外圆加工，或大型精密外圆面加工。1）粗磨。尺寸精度等级为IT7～IT6，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.4μm。（2）外圆面的磨削2）精磨。尺寸精度等级为IT6～IT5，表面粗糙度值可达Ra0.4～0.2μm。3）精密磨削。精密磨削是一种精密加工方法，尺寸精度等级为IT5，表面粗糙度值可达Ra0.1～0.008μm。2.外圆面的典型加工方案（表5-2-1）2.外圆面的典型加工方案（表5-2-1）四、内圆面加工1.内圆面的常用加工方法（1）钻孔、扩孔和铰孔钻孔可在钻床上完成，也可在车床上完成。钻孔的尺寸精度等级一般为IT13～IT11，表面粗糙度值可达Ra12.5μm。扩孔相当于半精加工，除进一步去除加工余量、提高精度外，还可以修整孔轴线与相关表面的位置精度。扩孔的尺寸精度等级为IT10～IT9，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm。铰孔是在半精加工的基础上，用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层的加工方法。铰孔只能提高孔本身的尺寸精度和形状精度，但不能校正孔的位置精度。铰孔的尺寸精度等级为IT9～IT7，表面粗糙度值可达Ra3.2～0.4μm。1）粗镗。粗镗为半精加工或精加工做准备，粗镗的尺寸精度等级为IT10～IT9，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm。（2）镗孔3）精镗。精镗的尺寸精度等级为IT8～IT7，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm，用于精度较高的内孔的精加工或珩磨孔的预加工。2）半精镗。半精镗的尺寸精度等级为IT9～IT8，表面粗糙度值可达Ra3.2～1.6μm，用于磨削加工和精加工的预加工，或中等精度内孔表面的终加工。

拉孔的尺寸精度等级为IT9～IT7，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.1μm，加工质量稳定，生产率高。但其刀具复杂，加工时以孔本身定位，不能修整孔的轴线，不能加工阶梯孔和不通孔。（3）拉孔

当采用车削、镗削加工不能保证零件孔加工的精度和表面质量时，磨削是一种比较理想的内圆面加工方法。磨削适合加工硬度较高，尤其是淬火后高硬度材料的孔。磨孔的尺寸精度等级为IT7～IT6，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.2μm。（4）磨孔2.内圆面的典型加工方案（表5-2-2）五、平面加工

刨削是单件或小批生产中平面加工最常用的加工方法。其尺寸精度等级一般为IT8～IT7，表面粗糙度值可达Ra6.3～1.6μm。1.平面的常用加工方法（1）平面的刨削（2）平面的铣削

铣削是平面加工的主要方法之一。通常，平面的铣削可分为粗铣、半精铣和精铣三个加工阶段。1）粗铣。粗铣为半精铣、精铣加工做准备。粗铣后两平行平面之间的尺寸精度等级为IT13～IT11，表面粗糙度值可达Ra25～12.5μm。2）精铣。精铣的尺寸精度等级IT9～IT7，表面粗糙度值可达Ra6.3～1.6μm。

磨削常作为铣削、刨削平面后的精加工，在平面磨床上进行，主要用于中、小型零件高精度表面和淬硬平面的加工。磨削平面的尺寸精度等级为IT6～IT5，表面粗糙度值可达Ra0.4～0.02μm。（3）平面的磨削（4）平面的刮削

刮削一般是在精刨或精铣的基础上，由钳工手工操作。刮削余量一般为0.05～0.4mm，刮削平面的尺寸精度等级为IT6以上，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.1μm，并能提高接触精度。

研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面材料的精密加工方法。研磨的实质是用游离的磨粒对工件进行物理和化学综合作用的微量切削。平面研磨属于平面的精密加工方法之一，研磨的尺寸精度等级为IT5，表面粗糙度值可达Ra0.1～0.006μm。（5）平面的研磨2.平面的典型加工方案（表5-2-3）

铣齿是用成形齿轮铣刀在铣床上直接切制轮齿的方法。铣齿逐齿进行，每切制完一个齿槽，须用分度头按齿轮的齿数进行分度，再铣另一个齿槽，依次铣削，直至将所有齿槽加工完成。六、齿面加工1.铣齿2.滚齿

滚齿是用齿轮滚刀在滚齿机（图5-2-1）上切制齿轮的方法。图5-2-2所示滚齿为采用齿轮滚刀滚切加工圆柱齿轮齿形。3.插齿

插齿是用插齿刀在插齿机上利用齿轮啮合原理来实现齿形加工的方法4.剃齿

剃齿（图5-2-5）是用剃齿刀对齿轮齿面进行精加工的一种方法。剃齿时刀具与工件做自由啮合的展成运动，剃齿刀安装时与工件轴线倾斜一个螺旋角β。5.磨齿

磨齿（图5-2-6）是用砂轮在磨齿机上加工高精度齿形的方法。磨齿精度为6～4级，齿面表面粗糙度值可达Ra0.4～0.2μm。6.齿面加工方法的选择七、螺纹加工1.攻螺纹和套螺纹

攻螺纹是利用丝锥在底孔上加工出内螺纹的加工方法，分为手工攻螺纹和机器攻螺纹。套螺纹是利用圆板牙在圆柱表面上加工出外螺纹的加工方法。2.车削螺纹

车削螺纹是在车床上利用螺纹车刀加工螺纹的一种方法。车削螺纹的尺寸精度等级为IT6级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm。3.铣削螺纹（1）铣刀铣削螺纹：铣刀铣削螺纹是利用螺纹铣刀在专用螺纹铣床上完成螺纹铣削的加工方法，多用于直径和螺距较大的螺纹加工。

（2）旋风铣削螺纹：旋风铣削螺纹是通过与普通车床相配套的高速铣削螺纹装置，用装在高速旋转刀盘上的硬质合金成形刀，在工件上铣削出螺纹的加工方法。

磨削螺纹是利用磨削对螺纹进行精加工的方法，螺纹经车削或铣削的粗加工和半精加工后，通过磨削螺纹完成精加工，以实现最终的精度要求。4.磨削螺纹5.滚压螺纹（1）搓板滚压螺纹：尺寸精度等级为IT6级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm。搓板滚压螺纹的直径为2～40mm，工件长可达100mm。（2）滚轮滚压螺纹：尺寸精度等级为IT6级，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.2μm。6.螺纹加工方法的选择§5-3典型零件加工课堂讨论

观察箱体、花键轴、齿轮等零件，你能发现这些零件有什么不同特点吗？结合前面所学的知识想一想，在确保产品质量的条件下获得较高的加工效率，需要怎样确定这些零件不同表面的加工顺序？一、基准1.基准的分类（1）设计基准：设计图样上所采用的基准称为设计基准，它是根据零件的工作条件和性能要求加以确定的。（2）工艺基准：零件加工和装配过程中所采用的基准称为工艺基准。按用途不同，它可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。2.定位基准的选择按照工序性质和作用不同，定位基准可分为粗定位基准和精定位基准，分别简称为粗基准和精基准。（1）粗基准以未加工表面进行定位的基准称为粗基准。选择粗基准一般应遵循以下原则：1）选择重要表面为粗基准。2）选择加工余量小的表面为粗基准。3）选择不加工且与加工表面有相互位置精度要求的表面为粗基准。4）选择比较平整、光滑、面积足够大的表面为粗基准，不允许有锻造飞边和铸造浇道、冒口或其他缺陷，以确保定位准确、夹紧可靠。5）在同一尺寸方向上，粗基准只允许在第一道工序中使用一次，不得重复使用。（2）精基准以已加工表面进行定位的基准称为精基准。选择精基准一般应遵循以下原则：1）基准重合原则。尽可能把设计基准作为定位基准，以免定位基准与设计基准不重合而引起定位误差。2）基准统一原则。选择一个定位基准来加工尽可能多的表面，以保证各加工表面的位置精度。3）互为基准原则。对于零件上两个相互位置精度要求较高的表面，采取互相作为定位基准、反复进行加工的方法来保证精度要求。4）自为基准原则。有些精加工工序为了保证加工质量，要求加工余量小而均匀，利用加工面自身作为定位基准。5）保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。二、轴类零件的加工工艺图5-3-1所示传动轴是轴类零件中使用较多、结构较为典型的一种台阶轴。该零件为小批生产，材料选择45钢，淬火硬度40～45HRC。现以它为例，介绍轴类零件的加工工艺。1.传动轴的功用、结构及技术要求（1）功用该传动轴主要用于支承传动零件和传递扭矩。（2）结构该传动轴的主要结构要素有外圆柱面、螺纹、键槽等，为典型的台阶轴结构，有两个支承轴颈。（3）技术要求支承轴颈是轴的基准要素，其精度和表面质量一般要求较高。2.传动轴的材料及毛坯（1）毛坯的种类1）铸件。铸件用于形状复杂的工件毛坯。2）锻件。锻件用于强度要求较高、形状比较简单的工件毛坯。3）型材。型材分热轧和冷拉两种。热轧型材用于一般工件；冷拉型材精度较高，尺寸规格较小，主要用于自动机床加工（送料、夹紧可靠）。4）焊接件。焊接件用于大件毛坯。焊接件毛坯制造简单、方便，但变形较大。5）冷冲压件。冷冲压件用于形状复杂的板料工件毛坯。6）其他。其他有挤压、热轧、粉末冶金件等毛坯。（2）选择毛坯应考虑的因素1）工件的材料及其物理和力学性能。2）工件的结构形状及其外形尺寸。3）生产规模的大小。4）工厂现场生产条件。（3）传动轴的材料和毛坯的选择图5-3-1所示传动轴的材料为45钢，形状简单，精度要求中等，各段轴颈直径尺寸相差较大，故选用锻件毛坯。3.传动轴的加工工艺分析1）粗加工阶段——车端面，钻中心孔，粗车各处外圆。2）半精加工阶段——半精车各处外圆、车螺纹、铣键槽等。3）精加工阶段——修研中心孔，粗、精磨各处外圆。图5-3-1所示传动轴，粗加工时，以外圆表面作为定位基准；半精加工时，以外圆表面和中心孔作为定位基准；精加工时，以两个中心孔作为定位基准。（1）划分加工阶段（2）选择定位基准（3）选择装夹方法根据图5-3-1所示传动轴的结构特点和精度要求，选择的装夹方法为：粗加工时，切削用量大，切削力大，故采用限位支承的一夹一顶装夹；半精加工时，工件一端已经粗车形成台阶，可以利用台阶面进行装夹，采用工件台阶限位的一夹一顶装夹；精加工时，为了保证工件表面精度，不宜采用三爪自定心卡盘进行装夹，而应采用双顶尖装夹。精度要求不高的外圆在半精车时就可以加工到规定尺寸，如退刀槽、越程槽、倒角和螺纹等。键槽在半精车后进行划线和铣削，淬火后安排修研中心孔工序，以消除热处理引起的变形和氧化皮。最后，粗、精磨齿轮和轴承轴颈。（4）分析传动轴的加工工艺过程图5-3-1所示传动轴采用锻件毛坯，加工前应安排退火，以便消除毛坯的内应力和改善材料的切削性能。传动轴的最终热处理是淬火，应放在半精加工之后，粗、精磨之前进行，即在车螺纹和铣键槽之后进行。为了保证磨削精度，在淬火之后应安排修研中心孔工序。（5）安排热处理工序4.传动轴的加工工艺过程（1）加工顺序锻造毛坯—热处理（退火）—粗车—半精车—车螺纹—铣键槽—热处理（淬火）—粗磨—精磨。（2）加工工艺过程三、套类零件的加工工艺图5-3-2所示轴承套是套类零件中使用较多、结构较为典型的一种套类零件。该轴承套材料为HT150，批量生产。现以它为例，介绍套类零件的加工工艺。1.轴承套的功用、结构及技术要求（1）功用：该轴承套主要起支承或导向作用。（2）结构：该轴承套属于短套类零件。（3）技术要求：如图5-3-2所示轴承套中，外圆φ（44±0.015）mm主要与轴承座内孔相配合，其尺寸精度等级为IT7，表面粗糙度值为Ra1.6μm；内孔φ30H7要与传动轴相配合，其尺寸精度等级为IT7，表面粗糙度值为Ra1.6μm；两端面的表面粗糙度值均为Ra1.6μm；外圆φ（44±0.015）mm对φ30H7孔的同轴度公差为φ0.02mm，可保证轴承在传动中的平稳性，轴承套的左端面相对于φ30H7孔轴线的垂直度公差为0.02mm。2.轴承套的材料及毛坯该轴承套的材料为铸铁，形状简单，精度要求中等，但内孔尺寸较大，故毛坯选用外径为70mm的铸铁棒料。3.轴承套的加工工艺分析（1）划分加工阶段1）粗加工阶段——车端面，钻中心孔，粗车各处外圆、退刀槽，车轴承套内孔。2）精加工阶段——精车各处外圆，铰轴承套内孔。（2）选择定位基准图5-3-2所示轴承套，粗加工时，选择外圆表面作为定位基准；精加工时，选择内孔轴线作为定位基准。（3）选择装夹方法根据图5-3-2所示轴承套的结构特点和精度要求，选择的装夹方法为：粗加工时，为了工件装夹方便，采用三爪自定心卡盘装夹；精加工时，为了避免装夹变形，保证工件加工精度，采用心轴配合双顶尖装夹。4.轴承套的加工工艺过程（1）加工顺序图5-3-2所示轴承套外圆的精度为IT7，采用精车可以满足要求；内孔精度为IT7，采用铰孔可以满足要求。内孔加工顺序为：钻孔—车孔—铰孔。（2）加工工艺过程四、箱体零件的加工工艺现以图5-3-3所示方箱体为例，介绍箱体零件的加工工艺。该方箱体为小批生产，材料为HT150。2.方箱体的材料及毛坯方箱体的材料为灰铸铁HT200，毛坯选择铸件，铸造后应进行退火处理，以便消除铸造时的内应力，改善切削加工性能。3.方箱体的加工工艺分析（1）选择定位基准：图5-3-3所示方箱体上的基准面A、B、C要作为测量基准和定位基准。方箱体的各个表面作为粗、精加工的定位基准。（2）选择装夹方法：根据图5-3-3所示方箱体的结构特点和精度要求，采用压板进行装夹。（3）分析方箱体的加工工艺：选择磨削的方式来保证尺寸精度和表面粗糙度。（4）安排热处理工序：图5-3-3所示方箱体选择退火热处理。为了保证方箱体加工后精度的稳定